2022年电子电路综合方案实验陈俊男 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用北京邮电高校 电子电路综合设计试验实 验 报 告课题名称：函数信号发生器的设计与调测 姓名： 陈俊男 班级： 2022211101 学号： 2022210010 班内序号： 10 2022年4月试验名称： 函数信号发生器的设计与调测名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用The Design and Debugging of Function Signal Generator摘要： 方波与三角波发生器由集成运放电路构成,

2、包括比较器与 RC积分器组成；方波发生器的基本电路由带正反馈的比较器及RC组成的负反馈构成；三角波主要由积分电路产生；两个电位器中一个调整方波频率,一个转变方波的占空比；三角波转换为正弦波,就是通过差分电路实现；该电路振荡频率和幅度便于调剂,输出方波幅度大小由稳压管的稳压值打算,方波经积分得到三角波；而正弦波发生电路中两个电位器实现正弦波幅度与电路的对称性调剂,实现较抱负的正弦波输出波形；关键词： 函数信号发生器,方波,三角波,正弦波设计任务要求：基本要求：设计制作一个可输出正弦波、三角波和方波信号的函数信号发生器；1）输出频率能在 1-10KHz 范畴内连续可调,无明显失真；2）方波输出电压

3、 Uopp=12V,上升、下降沿小于 10 s,占空比可调范畴 30%-70%；3）三角波 UOPP=8V；4）正弦波 Uopp1V；设计该电路的电源电路 不要求实际搭建）,用 理图 SCH）提高要求：PROTEL软件绘制完整的电路原 1、三种输出波形的峰峰值 Uopp均可在 1V-10V 范畴内连续可调； 2、三种输出波形的输出阻抗小于 100 ； 3、用 PROTEL软件绘制完整的印制电路板图 PCB）；探究环节： 1、能否供应使所设计函数信号发生器显示出当前输出信号的种类、大小和频率的试验演示或具体设计方案；提示：三种波形从同一个端口输出,再用发光管之类的东西指示当前输出波形）名师归纳总

4、结 2、能否供应其他函数信号发生器的设计方案？假如能供应,请通第 2 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用过仿真或试验结果加以证明；设计思路：1、原理框图：试验设计函数发生器实现方波、三角波和正弦波的输出,其可采纳电路图有多种；此次试验采纳迟滞比较器生成方波,RC 积分器生成三角波,差分放大器生成正弦波；除保证良好波形输出外,仍须实现频率、幅度、占空比的调 节,即须在基本电路基础上进行改良；由比较器与积分器组成的方波三角波发生器,比较器输出的方波信号经积 分器生成三角波,再经由差分放大器生成正弦波信号；其中方波三

5、角波生成电 路为基本电路,添加电位器调剂使其频率幅度转变；正弦波生成电路采纳差分 放大器,由于差分放大电路具有工作点稳固、输入阻抗高、抗干扰才能较强等 优点,特殊是作为直流放大器时,可以有效地抑制零点漂移,因此可将频率很 低的三角波变换成正弦波；名师归纳总结 2、系统的组成框图第 3 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 方波输出三角波输出个人资料整理仅限学习使用正弦波输出方波 -正弦波发生三角波发生电 电路路电源电路分块电路与总体电路的设计：1、方波 - 三角波产生电路上图所示为方波 - 三角波基本产生电路；由于采纳了运算放大器组成的积分

6、电路,可得到比较抱负的方波和三角波；该电路振荡频率和幅度便于调剂,输出方波幅度的大小由稳压管的稳压值名师归纳总结 打算,即限制在 第 4 页,共 18 页方波经积分得到三角波,幅度为- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用转变 R1与 Rf 的比值可调剂 Uo2m的大小方波和三角波的振荡频率相同,为f = 1/T = Rf/4R1R2C 式中 为电位器的滑动比 、依据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求,挑选电压转换 速率 SR合适的运放；2）、依据所需输出方波幅度的要求,挑选稳压值合适的稳压管型号和限 流电阻 Ro的大小；R

7、f R 1 = U O2M/Uz + U 4）、依据所要求的振荡频率确定 R ：C的值 R 2C = Rf/4fR 1 其原理如下图,由波形得：方波输出幅度由稳压管的稳压值打算,被限制在Uz+Ud之间；基本要求中方波的峰峰值为 12V,应选用稳压值为 6V 的稳压管；方波经积分得到三角波,幅度为 Uo2= R1/R2Uz+Ud）,由 R1 和 Rf 的比值及稳压管的稳压值决定,基本要求中三角波的峰峰值为8V,R1 和 Rf 的比值为 2:3 ,鉴于增大谐振的可能,挑选 R1为 20k,Rf 为 30k；R3为平稳电阻,依据电子电路的课本可计 算出大致值为 6.2k ；依据所需振荡频率的高低和对

8、方波前后都读的要求,挑选电压转换速率 SR合适的运放；在产生方波的时候选用转换速率较快的运放LM318,产生三角波名师归纳总结 的时候挑选运放UA741.依据运算可设定R2=2k,C=0.01uf ；R4 为直流平稳电第 5 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用阻,其作用是减小后排除静态时可能在运放输出端产生的附加差模输入电压,应与 R2 的电阻值一样,为2k；依据所需要输出方波的幅度挑选合适的稳压管和限流电阻 R0 的大小；挑选限流电阻大小为 680；为了使电位器的 a 的变化范围较大,信号的频率范畴可达到要求

9、,1-10k 范畴可调,电位器 Rw挑选为 10k范畴可调；2、三角波 - 正弦波产生电路试验采纳差分放大电路,利用差分放大器传输特性曲线的非线性,以实现三角波转换为正弦波；差动放大器具有很高的共模抑制比,被广泛地应用于集成电路中,常作为输入级或中间放大级；其特性使得可将频率很低的三角波变换成正弦波；波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性；分析说明,传输特性曲线的表达式为：名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用式中差分放大器的恒定电流；温度的电压当量,当室温为 假如 Uid 为三角

10、波,设表达式为式中 Um三角波的幅度；T三角波的周期；1）差动放大器设计：25oc 时, UT26mV；1）确定静态工作点电流 Ic1、Ic2和Ic3；静态时,差动放大器不加入输入信号,对于电流镜Re3=Re4=Re Ir=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2Ib4= Ic4+2 Ic4/ Ic4= Ic3 而Ir= Ic4= Ic3= 上式说明恒定电流 Ic3主要由电源电压 Ucc、 Uee和电阻 R、Re4打算,与晶体管的参数无关；由于差动放大器得静态工作点主要由恒流源打算,故一般先设定 Ic3；Ic3取值越小,恒流源越恒定,漂移越小,放大器的输入阻抗越高；在试验中,取 Ic3为1mA；有

11、Ic1= Ic3=1/2 Ic3=0.5mA；由 R+Re=Ucc+Uee-Ube）/Ir,其中 Ucc为12V,Uee也为 12v,Ube的典型值为 0.7V在本次取值中可以忽视）, Ir为1mA,故取R=20K ,Re4=2K ；为使两管输入保持对称性,取 Re3= Re4=2K；2）差模特性差动放大器的输入和输出各含有单端和双端输入两种方式,因此,差动放大器的输入输出共有四种不同的连接方式；不同的连接方式,电路的特性不同；Rp的取值不能太大,否就反馈太强,试验中取 放大器的对称性；100的电位器,用来调整差动名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 18 页精选学习资料 -

12、 - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用如下列图为差分放大器传输特性曲线由上图可知：1）、差分放大器传输特性曲线越对称,线性区越窄越好；2）、三角波的幅度应正好使晶体管接近截止区；图中 RP1调剂三角波的幅度,RP2调整电路的对称性,并联电阻 RE用来减小差分放大器传输特性曲线的线性区；电容 C1,C2,C4为隔直流电容,C3为滤波电容,以滤除谐波重量,改善输出正弦波的波形；在试验过程中,Re与电位器 Rp2并联,取阻值为 100 ；电解电容 C1、C2、C4为隔直流电容,为达到良好的隔直流、通沟通的目的,其容值应当取的相对较大,取 C1=1uF,C2=3.3uF, C3=

13、0.1uF；Rp1调剂三角波的幅度,为满意试验要求,其可调范畴应当比较大,故取Rp1=20k ； Rb1与 Rb2为平稳电阻,取值为 Rb1= Rb2=3.2K ；流进 T1,T2集电极电流为 0.5mA ,为满意其正弦波的幅度大于 1V,取 Rc1= Rc2=5.6k ,使得电流流经 Rc2的电压降不至于很大；C4为滤波电容,取 C4=0.01uF ；至此,电路的设计基本完成；名师归纳总结 3、总体电路第 8 页,共 18 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用由以上试验图可知,可利用试验产生的三角波输入以生成正弦波,从而实现

14、三个波形的输出；将以上两个电路图连接起来得到如下图试验电路图；依据试验要求可知,所得方波占空比可调,因此在原有电路基础上,添加二极管和电位器,使得占空比可调得以实现；实现功能说明：1、安装电路：依据电路仿真结果挑选出参数合适的元器件,其中需要留意的是,两个稳压需要用一个三脚稳压管代替,所以要用模拟万用表区分管脚；将面包板最上面一排连接成正电源,最下面两排座位负电源和接地线；合理地把起见排布在电路板上；2、接通电源和示波器的接入先用万用表调出电压大小均为+12V 的两路电压,一路正向接近电路,一路反向作为-12V 接入电路；挑选双踪示波器的两路分别接入 源,正电源的次序接入电路；3、电路的初步调

15、试：U01和U02,调整好电压后依据地线,负电调整好示波器的触发电平和时间电压分度,依据示波器的显示调剂电路中的电位器；最多采纳的方法就是先检查运放是否功能完好用试验室仪器测量得到）,然后用万用表测试稳压二极管是否完好,接着测试电源是否接入电路,以及接地是否胜利；最终用数字 万用表测量电路中各个点之间的电压值,一旦发觉反常就在反常点邻近认真检查；显现波名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用形后,需要调剂不同的电位器来调整波形的频率,幅度以及占空比；整个电路可以分为两部分,先调剂第一部分,此时断

16、开与其次部分正弦波发生器的联系,然后再用函数信号发生器产生合适的三角波来代替方波三角波发生电路来测试其次部分,这样可以先排除两个电路之间的相互影响,最终两部分都胜利后再接在一起进行测试；4、差动放大器静态的调整和测量： 4.1、先调剂 Rp使电路对称将电路的两个输入端接地,将万用表直流电压档接在差动的两个输出端,调剂电位器使万用表指示为 0；并且逐步减小量程,更为精确地保证差动的对称；把万用表替换成双踪示波器,一路接在一个输出和地之间,另一路接在地和另一输出之间相当于反向）；再使两路信号叠加 按下 ADD ）,观测两个输出端 C和D之间电压差,调 节电位器使之为 0； 适当调剂恒流源的偏置电压

17、,使电路更完善；4.2、测试并记录数据 每次测量结果之间都会存在一些误差,但均在要求范畴内变化）方波输出电压：12V 占空比 10%90% 三角波输出电压：8.1V 正弦波输出电压：1.8V 故障及问题分析 对于方波 - 三角波产生电路,遇到的第一个问题是波形无法显示；检测后发 现电路搭接纷乱可能是断路导致无信号输出,重新布线搭接后发觉电路中电流 几乎为零,缘由是电阻过大,电容有些小,使得电路无法有效起振；因此在保 证电路安全基础上减小电阻值同时保证电阻间的比值,换用较大的电容,在示 波器上检查波形,得出方波波形；然后观测三角波波形,发觉有些失真,可知 是由于电容造成的,更换变容,将其增大得到

18、抱负波形；在第三级上输出正弦 波形,发觉有较大失真,运算电流可知电阻较大,但是更换后仍有失真；此时 电路中电阻器件并未有不当,考虑电容影响；换用较大电容,不断调剂,得到名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用失真较小的波形；此些调剂均在基本电路基础上完成；由于要使方波占空比可调添加电位器与二极管实现；在试验的最终仍是发觉有许多地方没有做好；验收试验的时候才发觉稳压管损坏导致调剂频率的同时幅值会发生变化,而始终缺少接地电阻导致频率可以调至0 影响电路性能不符合试验要求；仍有添加电位器和二极管之后

19、显著地降低了频率但是我只关怀了三角波和正弦波的参数忽 略了方波又导致方波的频率不能达到要求；这都是试验中暴露出来的问题,种 种问题提示了我做试验中不能简单自满,不能掉以轻心,要面面俱到多次调整 电路才能真正达到电路要求；总结和结论 在这几星期的学习、试验过程中我感受颇深；使我对抽象的理论有了具体 的熟识；通过这次课程设计,我把握了常用元件的识别和测试,熟识了常用的 仪器外表,明白了面包板上电路搭建方法,以及如何提高电路的性能等等；在试验过程中,我有许多不足之处,第一我对软件的应用不是很娴熟,常常会遇 到一些问题；其次对于元器件的熟识不够深,这导致在搭电路的过程常常会遇到接错 的情形,一点的失误

20、导致试验的失败；最终是我的布局观不强,第一遍搭完的电路很 纷乱,经过了修正才显得有条理；在元器件挑选上也存在失误,没有使用好积分电容 的参数,以及没有判定出稳压管的好坏就使用在电路上导致了电路的不稳固；仍有在 电路原理上明白的不是很透彻,对于有些小细节不太懂得,导致最终试验结果不能很 好的达到要求；实践出真知,通过这次综合性设计试验,在发觉不足的同时,我学会 了许多东西,我的才能得到了很大程度的提高；其中最关键的是动手才能的提高,第 一次用面包板,第一次尝试做集成电路,第一次通过自己的努力完成了函数发生器的 设计与调试使我将以前学习的理论学问与实际相结合,在巩固理论学问的同时,提高 了动手才能

21、；由电子电路基本试验到电子电路综合试验,由课本到自我设计,让我熟识 到试验中最重要的不是得到了多么好的试验结果,而是在试验过程中解决问题 收成体会；通过这次试验,我对理论和实践都有更深的熟识；名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用附录所用元器件及测试外表清单所用元器件：运算放大器： UA741,LM318 各一个 晶体管： 8050 四个 稳压管一个,二极管两个电阻：R1 RFROR2R3R4RB1RB2 RC1 20K30K6802K6.2K2K3.2K3.2K5.6KRC2 R RE R

22、E3 RE4 5.6K20K20K2K2K电位器： RP1 100 ；RP 100K ；RW 10K ；R 10K电容：C C1 C2 C3 C4 0.01 F 1 F 3.3 F 0.01 F 1 F 测试外表：名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用示波器,万用表,直流电压源,面包板LM318运放：输入失调电压 4mV；偏置电流： 150nA 增益带宽积： 15MHz 转换速率： 70V/uS 耗电流： 5mA 电源： +/-20V 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共

23、 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用LM741 芯片：输入失调电压 0.8mV；偏置电流： 30nA 增益带宽积： 1.5MHz 转换速率： 0.7V/uS 耗电流： 1.7mA 电源： +/-3V - +/-22V 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3、8050 晶体管：名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用参考文献1、电子电路综合设计试验教程出版社：北京邮电高校电路中心2、刘宝玲电子电路基础北京 高等训练出版社 2006 试验截图1、 PCB板图 用 Protel_Dxp_2000 生成）：2、 方波输出：名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3、 三角波输出：4、4、正弦波输出：名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 18 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用5、实际电路板名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 18 页